一种多自由度的矿用起吊装置的制作方法

本发明涉及矿用设备技术领域，具体涉及一种多自由度的矿用起吊装置，用于煤矿井下综采机械设备的安装和拆卸。

背景技术：

矿用起吊设备是煤矿综合成套设备中的重要设备，由于液压支架、采煤机等矿用设备的体积大，重量大，而巷道空间小，因此，往往是把这些设备先拆分成几个部件后运到井下，把部件运送到组装室，进行整体组装，再把组装后的整体设备运输到安装位置。这个过程中就需要利用矿用起吊设备对液压支架、采煤机等设备部件进行吊装，然而现有的矿用起吊设备的灵活度不足，虽然出现了能够将起吊钩在x-y平面移动的矿用液压起吊装置，但是目前来看，这种装置在进行设备组装和拆除过程中由于起吊设备本身自由度和灵活度的不足，仍不能准确地进行姿态的调节，难以准确地进行吊装定位，进而降低了工作效率。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种多自由度的矿用起吊装置，配备空间完整的六个自由度，灵活性高，能精确、快速地对吊起部件进行位置和姿态的调节。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种多自由度的矿用起吊装置，包括底座、四个并联伺服液压缸、一个顶部支撑平台、一个旋转动平台和起吊单元，

所述底座为箱体式结构，内部设置有行走驱动系统，四个所述伺服液压缸呈四角对称布置，每个伺服液压缸上端通过球铰链关节与所述顶部支撑平台连接，每个伺服液压缸底端通过万向节铰链与所述底座相连，所述顶部支撑平台上方设置旋转电机和姿态陀螺仪，顶部支撑平台下方通过大型转盘轴承与所述旋转动平台连接，旋转电机通过大型转盘轴承驱动旋转动平台沿z轴旋转，

所述旋转动平台上设有x向横移平台和y向纵移平台，其中所述y向纵移平台上设置两个纵移梁、一个固定梁、四个纵移驱动缸和两个y向纵移导轨，两个y向纵移导轨对称布置在顶部支撑平台下方，纵移梁位于y向纵移导轨下方，纵移驱动缸一端通过连接环与纵移梁相连，纵移驱动缸另一端通过连接耳与位于旋转动平台中央的固定梁相连，每两个纵移驱动缸驱动一个纵移梁沿y向移动，

所述x向横移平台上设置四个横移驱动缸、四个驱动缸固定装置和两个x向横移导轨，x向横移导轨设置在纵移梁下方，横移驱动缸通过驱动缸固定装置固定在x向横移导轨上，驱动缸固定装置和横移驱动缸分别位于x向横移导轨的两侧，每个横移驱动缸驱动一个起吊单元沿x向移动；

所述起吊单元包括起吊电机、链条盒、链条轮、起吊链和起吊钩，所述起吊电机设置有四个，每两个起吊电机对称设置在一个x向横移导轨上，起吊电机与x向横移导轨滑动连接，每个起吊电机通过连接板连接一个横移驱动缸，横移驱动缸通过连接板带动起吊电机x向往复移动，纵移驱动缸驱动纵移梁在y向纵移导轨上往复移动，进而带动x向横移导轨上的起吊电机沿y向纵移；所述链条盒安装在起吊电机的前端，所述链条轮安装在链条盒内，所述起吊钩安装在所述起吊链的一端，起吊链的另一端与链条轮相连。

所述旋转电机输出轴通过联轴器连接旋转轴，所述旋转轴由一体成型的圆盘和圆柱轴组成，圆盘上均匀设有若干销孔，所述旋转动平台上相应位置开有与圆盘相适配的槽口，旋转动平台通过连接销将旋转轴、大型转盘轴承的内圈连接在一起，所述顶部支撑平台上相应位置开有与大型转盘轴承的外圈相适配的槽口，顶部支撑平台通过固定销与大型转盘轴承的外圈固定，所述旋转轴的圆柱轴端与联轴器连接。

为了降低运动过程中的摩擦力，所述连接板两端内部对称安装四个滚子轮。

为了降低运动过程中的摩擦力，纵移梁与y向纵移导轨两端的结合部内分别对称安装四个滚子轮。

所述x向横移驱动缸在x向横移导轨左右两侧对称反向布置。

优选的，所述旋转电机由可编程逻辑控制器控制，旋转电机上设置有旋转电机编码器，形成闭环反馈控制，可以控制z轴旋转方向的精确姿态，进而调节起吊部件与待安装物体之间的角度。

优选的，所述起吊电机由可编程逻辑控制器控制，起吊电机上设置有起吊电机编码器，形成闭环反馈控制，可以精确调节起吊物体z轴上的移动量，同时保证z轴上销轴孔的精确定位。

优选的，所述纵移驱动缸、横移驱动缸、四个并联伺服液压缸均由电液伺服控制系统控制，每个液压缸末端均安装有位移传感器，能实时监测并记录活塞杆的伸缩量，形成闭环反馈控制。

优选的，所述底座下方设有行走轮。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本装置能快速、准确、安全地对矿用井下机械设备进行起吊、安装和拆除作业，综合提高了综采机械设备总体的安拆效率，降低了工人的劳动强度；

2、本装置不仅能对起吊物体实现x、y、z三个方向上的移动，更能在起吊过程中通过伺服液压缸和旋转电机，实现对起吊物体x、y、z三个方向的翻转和转动操作，便于井下设备在装配和组装过程中精确地进行位置和姿态调整。

3、本装置采用先进的电液伺服控制系统与液压专用伺服控制器，控制四个并联伺服液压缸与旋转电机完成精确的动作，进而微调起吊物体在悬空状态下的位置和姿态，精确地完成液压支架、采煤机运输机、转载机各部件的分解、组装工作，提高了机械化作业水平。通过伺服液压缸上的位置传感器和电机上的编码器，记录相应的移动量，方便装配完成后，该起吊装置返回初始的位置。

附图说明

图1为多自由度的矿用起吊装置整体结构图；

图2为旋转动平台结构图；

图3为y向纵移平台结构图；

图4为x向横移导轨结构图；

图5为y向纵移导轨结构图；

图6为旋转动平台连接结构图；

图7为姿态调整图；

图中：1、旋转电机；2、顶部支撑平台；3、大型转盘轴承；4、纵移驱动缸；5、旋转动平台；6、球铰链关节；7、y向纵移导轨；8、连接环；9、纵移梁；10、x向横移导轨；11、x向横移驱动缸固定装置；12、横移驱动缸；13、连接板；14、起吊电机；15、起吊钩；16、伺服液压缸；17、底座驱动电机；18、万向节铰链；19、底座；20、行走轮；21、旋转电机编码器；22、旋转轴；23、大型转盘轴承内圈；24、大型转盘轴承外圈；25、固定梁；26、连接耳；27、滚子轮。

具体实施方式

本发明的一种多自由度的矿用起吊装置，包括底部驱动单元、并联伺服液压缸支撑单元、顶部支撑单元、旋转动平台单元以及起吊单元，其中，底部驱动单元为行走机构，控制整个装置在矿井下移动；并联伺服液压缸支撑单元负责支撑起整个装置，并且在吊装物体需要x-y方向上调节姿态时，通过液压专用伺服控制器、电液伺服控制系统，控制伺服液压缸伸缩，进而控制顶部支撑单元翻转，调节姿态；顶部支撑单元主要负责传递运动，顶部放有旋转电机；旋转动平台单元主要包括x-y横纵移动系统，保证起吊单元在空间平面上找到待起吊物体，并且在旋转电机的带动下，旋转动平台单元自身绕z轴旋转，对吊装物体姿态进行微调；起吊单元主要由起吊电机组成，负责物体的起吊、下落等。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，所述底部驱动单元包括底座19，所述底座19为箱体式结构，内部设置有行走驱动系统；由底座驱动电机17配上蜗轮蜗杆减速机驱动，底座19下部设有行走轮20，行走轮20能够在井下布设的轨道上滚动，以带动整个起吊装置行走至指定位置。

所述并联伺服液压缸支撑单元包括四个并联伺服液压缸16，四个伺服液压缸16呈四角对称布置，每个伺服液压缸16上端通过球铰链关节6与顶部支撑平台2连接，伺服液压缸16底端通过万向节铰链18与底座19相连。四个并联伺服液压缸16对整个装置起支撑和姿态调节的双重作用，四个起吊电机14的起吊钩15同时勾到一个起吊物体，吊起的物体在悬空状态下，需要进行姿态调节时，可以通过电液伺服控制系统和液压专用伺服控制器，控制并联伺服液压缸16联动伸缩，进而控制顶部支撑平台2沿着x向、y向的翻转(两个自由度)，可以在起吊链张紧且起重电机不旋转提升重物的状态下，对吊起物体在悬空状态下的姿态进行精确微调，每个并联驱动液压缸的底端都设有位移传感器，随时对液压缸的伸缩量进行反馈控制，同时位移传感器记录伺服液压缸的伸缩量，方便姿态调节结束后，液压缸返回原来状态，完成液压支架、采煤机等矿用部件的安装和拆除作业，顶部支撑平台2上方安装姿态陀螺仪，对整个动平台的位置和姿态进行监测，当平台处于奇异位置或者运动失稳时，可及时的停止设备的动作，提高了系统的安全性。

所述顶部支撑单元包括顶部支撑平台2、旋转电机1和大型转盘轴承3，旋转电机1设置在所述顶部支撑平台2上方，所述旋转电机1输出轴通过联轴器连接旋转轴22，如图6所示，所述旋转轴22由一体成型的圆盘和圆柱轴组成，圆盘上均匀设有若干销孔，大型转盘轴承的外圈24相对静止，内圈23相对转动，大型转盘轴承的外圈24通过固定销与顶部支撑平台2连接，为了避免内圈23与顶部支撑平台2发生干涉，顶部支撑平台2相应位置开有外径大于内圈23的安装槽。所述旋转电机1采用防爆型设计，由可编程逻辑控制器控制，旋转电机1上设置有旋转电机编码器21，形成闭环反馈控制，可以控制z轴旋转方向的精确姿态，进而调节起吊部件与待安装物体之间的角度。

所述旋转动平台单元包括旋转动平台5，所述旋转动平台5上设有x向横移平台和y向纵移平台，y向纵移平台安装在旋转动平台5下方，包括y向纵移导轨7、纵移梁8、固定梁25、y向纵移驱动缸4；x向横移平台安装在y向纵移平台下方，包括x向横移导轨10、x向横移驱动缸固定装置11、x向横移驱动缸12，x向横移导轨10安装在纵移梁9的下方。

如图6所示，旋转动平台5相应位置开有圆形槽口，将旋转轴22大端放入槽口中，通过固定销将旋转轴22、旋转动平台5和大型转盘轴承内圈23连接一起，旋转轴的圆柱轴端通过联轴器与旋转电机1的输出轴连接，大型转盘轴承外圈24与顶部支撑平台2相应的槽口连接，进而将旋转动平台5与顶部支撑平台2连接，且通过大型转盘轴承3，二者可以相对转动。

如图1、图2、图4、图5所示，x向横移平台上设置四个横移驱动缸12、四个驱动缸固定装置11和两个x向横移导轨10，每个x向横移导轨10上对称放置两个起吊电机14，起吊电机在x向横移导轨上移动，横移驱动缸12通过驱动缸固定装置11固定在x向横移导轨10上，驱动缸固定装置11和横移驱动缸12分别位于x向横移导轨的两侧，x向横移驱动缸12在x向横移导轨左右两侧对称反向布置，为了降低运动过程中的摩擦力，连接板13两端内部对称安装四个滚子轮26，横移驱动缸12在x向横移导轨10左右两侧，活塞杆相反方向布置，每个横移驱动缸分别驱动一个起吊单元沿x向移动。

如图3至图5所示，所述的y向纵移平台上设置两个纵移梁9、一个固定梁25、四个纵移驱动缸4、油缸连接环8和两个y向纵移导轨7，两个y向纵移导轨对称布置在顶部支撑平台2上，纵移梁9位于y向纵移导轨7下方，纵移梁9下方布置x向横移导轨10，纵移驱动缸4一端通过连接环8与纵移梁9相连，另一端通过连接耳26与位于旋转动平台5中央的固定梁25相连，固定梁25为纵移驱动缸4提供支持力，在纵移驱动缸4的驱动下，纵移梁9在y向纵移导轨7上往复移动，进而带动下方x向横移导轨10上的起吊电机14沿y向纵移。为了降低运动过程中的摩擦力，在纵移梁两端9与y向纵移导轨7的结合部内，安装四个滚子轮26，对称布置。

整个旋转动平台单元结构布置如图2所示，整个x向横移平台、y向纵移平台以及起吊单元，都可以在旋转电机1的带动下，绕z轴旋转至吊装物体所需姿态位置。

所述起吊单元包括起吊电机14、链条盒、链条轮、起吊链和起吊钩15，所述链条盒安装在起吊电机14的前端，所述链条轮安装在链条盒内，所述起吊钩安装在所述起吊链的一端，起吊链的另一端与链条轮相连，链索系统支撑起吊物的重量，同时存放有链条轮，用于储存链索，在起吊电机14的驱动下，链条轮旋转，牵引起吊链，进而通过起吊钩15提升物体。所述起吊电机14设置有四个，每两个起吊电机14对称设置在一个x向横移导轨10上，起吊电机14与x向横移导轨10滑动连接，每个起吊电机14通过连接板13连接一个横移驱动缸12，横移驱动缸12通过连接板13带动起吊电机14x向往复移动，纵移驱动缸4驱动纵移梁9在y向纵移导轨7上往复移动，进而带动x向横移导轨10上的起吊电机14沿y向纵移。在横移液压缸12和纵移液压缸4的驱动下，起吊电机14通过横纵向移动，在x-y平面上找到待起吊物体，在起吊电机14的驱动下，起吊钩15下放勾到并提升物体，继续在横移液压缸12和纵移液压缸4驱动下，将起吊物体移动至待安装配合的机器附近，然后通过电液伺服控制和液压专用伺服控制器，控制并联驱动伺服液压缸16伸缩联动完成顶部支撑平台x向、y向的翻转动作，同时，旋转电机1动作，控制起吊物体沿z轴的转动，进而找到起吊物体与待安装配合机器的正确安装位置和姿态，完成相应的安装装配作业。所述起吊电机14由可编程逻辑控制器控制，起吊电机14上设置有起吊电机编码器，形成闭环反馈控制，可以精确调节起吊物体z轴上的移动量，同时保证z轴上销轴孔的精确定位。

如图7所示为姿态调整图，其中旋转动平台5在旋转电机1的带动下，绕z轴旋转了一定的角度，同时，位于左端底座19上的两个伺服液压缸16不动作，位于右端底座19上的两个伺服液压缸16的活塞伸出，控制顶部支撑单元、旋转动平台单元、起吊单元一起绕x轴旋转了一定的角度，此时的起吊部件与待安装物体存在一定的角度偏差，在起重链张紧且起重电机14不提升重物的条件下，可以调整吊装物体的姿态。